智能吸塵機器人設計方案

吸塵機器人作為服務機器人領域的一個新產品，結合了機器人和吸塵器技術，能在無人看守情況下輕松地完成室內環(huán)境的吸塵等清潔工作，越來越受到人們的歡迎。

　　其結合了機器人和吸塵器的核心技術，能在無人看守情況下輕松地完成實現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內環(huán)境的全自動清潔。雖然自主吸塵機器人已經形成產品并推向了市場，但其性能還有待進一步提高。

作者在結合傳統(tǒng)的行為技術和傳感器技術的基礎上，選取最有效的行為搭配構建了整個系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的工作效率較傳統(tǒng)的隨機覆蓋有了很大的提高。

　　l 基于行為

　　Rodney Brooks在1986年發(fā)表的論文中提到的包容式結構表明了基于行為的編程方法的正式起源。包容式結構：在進化過程中，人類永遠不會喪失比較低級的和原始的大腦工程，而高級功能則在此基礎上進行添加，因此在每個人的大腦內部都保留有類似于爬行動物的低級意識殘余。與此類似，采用基于行為的方法需要為機器人設計一系列簡單行為(所謂的行為也就是通過感知信息控制執(zhí)行過程的算法)，這些行為相互協(xié)調和協(xié)作，產生所需求的機器人整體行為。系統(tǒng)的行為并不是完全確定的，而是包含了很多隨機的東西。執(zhí)行過程并不十分穩(wěn)定，但系統(tǒng)的整體行為是非常穩(wěn)定的?；谛袨榈臋C器人將盡可能地將傳感器信息同執(zhí)行過程直接連接。具有很強的反射性：只要機器人對相關環(huán)境做出了判斷，就立即采取行動。一有信息就立即據此動作。

　　2 行為設計

　　行為分為2種類型：伺服行為和彈道式行為。伺服行為采用反饋控制環(huán)作為他的控制單元。彈道式行為，自始至終都會按照預先沒定好的模式運行。彈道式行為的整體規(guī)劃過程同實現(xiàn)程序代碼密切相關，執(zhí)行過程中的環(huán)境變化或者行為初始化過程中的任何微小錯誤(如噪聲假信號所導致的誤操作)，都會給機器人帶來麻煩，導致徹底失效。伺服行為具有良好的抗噪聲能力，對工作過程中的其他微小故障也具有較強的容錯性。 本文的行為采用有限狀態(tài)機(Finite state Machine，F(xiàn)SM)使能夠更方便地理解系統(tǒng)工作過程，從而可以容易地編寫系統(tǒng)實現(xiàn)代碼。

　　2．1 巡航行為

　 巡航行為是一種最簡單的預定義行為，該行為具有兩個參數：左輪速度和右輪速度。在每個運動時步內，巡航行為都要求左右兩個驅動輪的速度被設定為指定值！　　

2．2 沿墻行走行為

　　機器人借助左右兩個紅外接近覺傳感器能夠執(zhí)行沿墻行走操作。它與逃離行為非常相似，它也起始于開始狀態(tài)start，并且保持該狀態(tài)，直到左側或者右側物體接觸到接近覺傳感器，該行為就會進入左側有墻狀態(tài)或者右側有墻狀態(tài)。然后控制機器人向左或者向右行駛。當執(zhí)行有墻狀態(tài)沿曲線前進時，如果轉向太大以至于相應的接近覺傳感器不再能檢測到物體，那么機器人將進入左墻迷失狀態(tài)或者右墻迷失狀態(tài)。左墻迷失狀態(tài)將會驅動機器人向左前方行駛，右墻迷失狀態(tài)狀態(tài)將會驅動機器人向右前方行駛。直到某個傳感器觸發(fā)，將會返回到左側有墻或者右側有墻狀態(tài)。如果墻壁迷失狀態(tài)超過設定時間，沿墻行走行為將會徹底返回到開始狀態(tài)。此進程和逃離等行為必須是并行操作。如圖1所示：

　　2．3 歸航行為

　　歸航行為試圖驅動機器人到達某個光源位置。只要機器人的光電傳感器檢測到某個光源，機器人使自己對準光源，然后再進行前進操作就能完成整個歸航過程。機器人對準光源進行快速調整由某個增益參數決定，而速度參數決定了機器人行駛過程的快速性能。 機器人前進的同時旋轉，旋轉角度ω=k(L一R)，其中k為增益參數；L，R為紅外接受器接收到的接受信號強度。當機器人電量不足時，機器人未必處于充電的房間，因此檢測不到紅外信標的信號，此時應觸發(fā)沿墻行走行為使機器人走到能檢測到信標信號的房間再觸發(fā)歸航行為。如圖2所示。